PROCESSI DI CONVERSIONE PROCESSI DI
PROCESSI DI CONVERSIONE
PROCESSI DI CONVERSIONE
PROCESSI DI CONVERSIONE La carbonizzazione è un processo di tipo termochimico che consente la trasformazione delle molecole strutturate dei prodotti legnosi e cellulosici in carbone (carbone ll l i i i b ( b di l di legna o carbone vegetale), ottenuta b t l ) tt t mediante l’eliminazione dell’acqua e delle sostanze volatili dalla materia vegetale, per azione del calore nelle carbonaie (catasta di materia vegetale, per azione del calore nelle (catasta di legna a forma di cono, coperta di terra, con un canale centrale di sfogo (camino), nella quale si provoca una combustione lenta del legno per trasformarlo in carbone), all’aperto, o in storte (contenitori a forma di fiasco dal collo lungo e ritorto), che offrono una maggior resa in carbone. resa in carbone
PROCESSI DI CONVERSIONE Durante la gassificazione, la biomassa ancora umida viene immessa in un essiccatore che fa evaporare l'acqua in eccesso. Una volta essiccata la biomassa passa nel gassificatore dove viene trasformata essiccata, la biomassa passa nel gassificatore dove viene trasformata in un gas sintetico composto da azoto molecolare (N2), vapore (H2O), monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO2), idrogeno monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO ), idrogeno molecolare (H2), metano (CH4) e una piccola frazione di idrocarburi più pesanti. Successivamente il gas sintetico viene raffreddato, filtrato per eliminare le polveri e purificato da contaminanti (acido cianidrico, ammoniaca e acido cloridrico) e composti organici (fenoli e acidi grassi) Dopo essere stato compresso esso è pronto per e acidi grassi). Dopo essere stato compresso, esso è pronto per alimentare la turbina a gas dove verrà bruciato per riscaldare l'aria da inviare al ciclo termico.
PROCESSI DI CONVERSIONE Attualmente, in materia di biomasse, la "gassificazione" , che è un processo termochimico, viene considerata una delle tecnologie più valide e promettenti ai fini della produzione di energia elettrica sia per quanto riguarda l'efficienza per quanto riguarda l efficienza, sia per quanto riguarda l sia per quanto riguarda l'impatto impatto ambientale. Ogni impianto Ogni impianto si suddivide in tre sezioni, dove avvengono altrettante fasi del processo produttivo: gassificazione, turbina a gas e ciclo termico e ciclo termico.
PROCESSI DI CONVERSIONE La pirolisi è un processo di decomposizione termochimica di materiali La pirolisi è un processo di decomposizione termochimica di materiali organici ottenuto mediante l’applicazione di calore, a temperature comprese tra 400 e 800 gradi centigradi, in completa assenza di un agente ossidante, oppure con una ridottissima quantità di ossigeno (in questo ultimo caso il processo può essere descritto come una par iale gassifica ione) parziale gassificazione). I prodotti della pirolisi sono sia gassosi sia liquidi sia sia gassosi, sia liquidi, sia solidi, in proporzioni che dipendono dai metodi di dipendono dai metodi di pirolisi (pirolisi veloce, lenta, o convenzionale) e dai parametri di reazione.
PROCESSI DI CONVERSIONE Uno dei maggiori problemi legati alla produzione di energia basata U d i i i bl i l i ll d i di i b sui prodotti della pirolisi è la qualità di detti prodotti, che non ha ancora raggiunto un livello sufficientemente adeguato con ancora raggiunto un livello sufficientemente adeguato con riferimento alle applicazioni, sia con turbine a gas sia con motori diesel. In prospettiva, anche con riferimento alle taglie degli impianti, i cicli combinati ad olio pirolitico appaiono i più promettenti, soprattutto in impianti di grande taglia, mentre motori i l di l tili ti d tti di i li i b iù d tti d a ciclo diesel, utilizzanti prodotti di pirolisi, sembrano più adatti ad impianti di piccola potenzialità. La combustione diretta viene generalmente attuata in apparecchiature (caldaie) in cui avviene generalmente attuata in apparecchiature (caldaie) in cui avviene anche lo scambio di calore tra i gas di combustione ed i fluidi di processo (acqua, ecc.).
PROCESSI DI CONVERSIONE La digestione aerobica consiste nella metabolizzazione delle sostanze organiche per opera di microrganismi, il cui sviluppo è condizionato dalla presenza di ossigeno. Questi batteri convertono sostanze complesse in altre più semplici, liberando CO2 e H2O e producendo un elevato riscaldamento del substrato proporzionale producendo un elevato riscaldamento del substrato, proporzionale alla loro attività metabolica. Il calore prodotto può essere così , trasferito all’esterno, mediante scambiatori di calore a fluido. In Europa viene utilizzato il processo di digestione aerobica per il trattamento delle acque di scarico. Più recentemente tale tecnologia si è diffusa anche in Canada e Stati Uniti.
PROCESSI DI CONVERSIONE La combustione di prodotti e residui agricoli si attua con buoni rendimenti, se si utilizzano come combustibili sostanze ricche di glucidi strutturati (cellulosa e lignina) e con contenuti di acqua l idi t tt ti ( ll l li i ) t ti di inferiori al 35%. I prodotti utilizzabili a tale scopo sono i seguenti: legname in tutte le sue forme paglie di cereali residui di raccolta legname in tutte le sue forme, paglie di cereali, residui di raccolta di legumi secchi, residui di piante oleaginose (ricino, catramo, ecc.), residui di piante da fibra tessile (cotone, canapa, ecc.), residui legnosi di potatura di piante da frutto e di piante forestali, residui dell’industria agro – alimentare Sistemi “small‐modular”
DIGESTIONE ANAEROBICA Per digestione anaerobica si intende la degradazione della sostanza organica da parte di microrganismi in condizioni di anaerobiosi. g p g Convenzionalmente, in relazione al tipo di batteri utilizzati, esistono due differenti intervalli di temperatura in cui viene condotta la digestione anaerobica: d b •con batteri mesofili si lavora a temperature comprese tra 20‐45 °C, con un intervallo ottimale di 37‐41 °C; con un intervallo ottimale di 37‐41 C; •con batteri termofili le condizioni di esercizio ottimali implicano un p p intervallo di temperatura compreso tra i 50°‐52 °C, con temperature che possono anche essere relativamente elevate e superare i 70 °C.
DIGESTIONE ANAEROBICA Il tempo di residenza tempo di residenza in un digestore varia in funzione della quantità in un digestore varia in funzione della quantità di materiale da trattare, del tipo di materiale e dalla temperatura di esercizio. Altro parametro particolarmente importante è il valore p p p di pH. Nel caso della digestione condotta con batteri mesofili il tempo di residenza è compreso tra i 15 e i 30 giorni. Nel caso di un processo con batteri termofili le temperature più l di l i l di i i hi d d elevate permettono di velocizzare la digestione, richiedendo solamente due settimane per giungere a completamento. Di contro la digestione termofila ha un costo maggiore richiede più contro la digestione termofila ha un costo maggiore, richiede più energia ed è più critica dell'analogo processo mesofilo. Quest'ultimo è quindi quello attualmente più utilizzato.
Ottenuto il combustibile (liquido o gassoso) adesso dobbiamo trasformarlo in energia elettrica e termica mediante: trasformarlo in energia elettrica e termica mediante: • Motori a combustione interna • Motori a combustione esterna • Combustione diretta per Turbine a gas o vapore
Motori a combustione interna II motori a combustione interna a ciclo Otto rappresentano la motori a combustione interna a ciclo Otto rappresentano la tecnologia tipicamente adottata nella maggior parte degli impianti realizzati finora. Si tratta prevalentemente di motori concepiti per la combustione di gas naturale e come tali possono generalmente essere adattati per bruciare biogas, attraverso modifiche della carburazione e del sistema di ignizione. b i d l it di i i i Motori a ciclo Otto sono regolarmente inseriti nella tipica configurazione di un impianto di produzione di energia da biogas configurazione di un impianto di produzione di energia da biogas, in quanto presentano diversi vantaggi che li fanno preferire alle possibili alternative tecnologiche: • Elevata maturità tecnologica; • Sviluppo del mercato R di ti i i d l tt i i ddi f ti • Rendimenti meccanici ed elettrici sempre soddisfacenti.
Motori a combustione esterna Come alternativa al classico utilizzo in motori a combustione interna, l i l l i ili i i b i i alcune aziende propongono motori a combustione esterna, basati sul ciclo Stirling ciclo Stirling. Il crescente interesse per i motori Stirling è legato a diverse connotazioni della tecnologia che la rendono potenzialmente, o almeno teoricamente, suscettibile di vantaggiosi sviluppi applicativi. In particolare l'attenzione di alcune decine di aziende ed enti coinvolti ll il d li S i li è l i i i nello sviluppo degli Stirling, è legata soprattutto ai seguenti aspetti: • elevati rendimenti di conversione energetica; • possibilità di utilizzare virtualmente qualsiasi fonte di energia; • possibilità di utilizzare virtualmente qualsiasi fonte di energia; • combustione esterna che consente un migliore controllo delle emissioni e limita la rumorosità; • fabbisogno di manutenzione modesto;
Combustione diretta per Turbine a gas
Combustione diretta per Turbine a vapore
COGENERAZIONE Col termine cogenerazione Col termine cogenerazione si indica la produzione ed il consumo si indica la produzione ed il consumo contemporaneo di diverse forme di energia secondaria (energia elettrica e/o meccanica ed energia termica) partendo da un'unica fonte (sia fossile che rinnovabile) attuata in un unico sistema Un esempio è dato dal funzionamento di un'automobile, la U i èd t d lf i t di ' t bil l potenza prelevata dall'albero motore è usata per la trazione e la produzione di elettricità il calore sottratto ai cilindri per il produzione di elettricità, il calore sottratto ai cilindri per il riscaldamento dell'abitacolo e la pressione dei gas di scarico per muovere la turbina di sovralimentazione. Lo sfruttamento di calore e pressione non comporta un aumento dei consumi poiché sono scarti del processo di conversione da energia chimica ad i i tt t d l t energia meccanica attuato dal motore.
COGENERAZIONE La cogenerazione La cogenerazione mira ad utilizzare il calore dei gas di scarico e di raffreddamento degli impianti degli impianti termoelettrici tradizionali al fine tradizionali al fine di aumentare l’effetto utile e quindi il rendimento globale. globale
COGENERAZIONE Oltre al beneficio derivante dal miglior uso del combustibile Olt lb fi i d i t d l i li d l b tibil rispetto alla generazione termoelettrica tradizionale, la presenza di un impianto di cogenerazione ben dimensionato presenza di un impianto di cogenerazione ben dimensionato consente di aumentare la sicurezza della fornitura elettrica e di migliorare la qualità, proteggendo da interruzioni e cali di tensione. Il t i i d i it i ti i dipende molto di d lt Il vantaggio economico dei sistemi cogenerativi dal contesto in cui viene inserita la tecnologia. Ciò è dovuto alla stretta relazione fra l’impianto alla stretta relazione fra l impianto di cogenerazione e quello di di cogenerazione e quello di utenza.
COGENERAZIONE I parametri che concorrono a determinare la convenienza della cogenerazione sono: la richiesta di energia elettrica e calore presso l’utenza (in quantità e andamento temporali dei prelievi); quantità e andamento temporali il costo dei diversi vettori energetici e delle imposte, che possono variare molto in funzione delle tipologie di utenza, anche a parità di quantità; le caratteristiche della macchina cogenerativa (tipologia, taglia, utilizzo). ili )
http://www.pulsedynamics.com/it/ // / /
COGENERATORI
COGENERAZIONE
RETE DI TELERISCALDAMENTO Il teleriscaldamento t l i ld t è una forma di riscaldamento che consiste è f di i ld t h it essenzialmente nella distribuzione, attraverso una rete di tubazioni isolate e interrate di acqua calda,acqua tubazioni isolate e interrate, di calda acqua surriscaldata surriscaldata o vapore (detti fluidi termovettori), proveniente da una grossa centrale di produzione, alle abitazioni con successivo ritorno dei suddetti alla stessa centrale.
TRIGENERAZIONE
TRIGENERAZIONE La trasformazione dell’energia termica in energia frigorifera è resa possibile dall’impiego del ciclo frigorifero ad assorbimento il cui funzionamento si basa su trasformazioni di stato del fluido refrigerante in combinazione con la sostanza utilizzata quale assorbente Le coppie di refrigerante/assorbente usate sono: assorbente. Le coppie di refrigerante/assorbente usate sono: acqua/bromuro di litio per temperature fino a 4 °C. q / p p ammoniaca/acqua per temperature fino a ‐60 °C.